光纖預(yù)制棒的制造裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種光纖預(yù)制棒的制造裝置，其包括：氧化脫水燒結(jié)爐、位于該燒結(jié)爐內(nèi)的中心管、位于該燒結(jié)爐內(nèi)且位于該中心管外的至少一發(fā)熱體、位于該中心管內(nèi)的SiO2坯體、用于密封該中心管的密封罩、位于該中心管內(nèi)稱為內(nèi)腔體、位于該中心管外且位于燒結(jié)爐內(nèi)稱為外腔體、連接至該外腔體的第一真空排氣管和第一氣管、連接至該燒結(jié)爐的第二真空排氣管和第二氣管，其中，所述發(fā)熱體、SiO2坯體、以及密封罩均位于所述燒結(jié)爐內(nèi)。本實(shí)用新型光纖預(yù)制棒的制造裝置，通過SiO2坯體的脫OH和除C的方法和氧化脫水燒結(jié)爐,解決除碳和脫水問題，以獲得低C和低OH光纖預(yù)制棒；本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、可靠。
【專利說明】
光纖預(yù)制棒的制造裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于光通信技術(shù)，尤其涉及一種光纖預(yù)制棒的制造裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在光纖預(yù)制棒的制造工藝過程中，經(jīng)常使用有機(jī)原料(硅氧烷類)或者含碳?xì)怏w(CH4、CF4、氟利昂等)反應(yīng)制得光纖預(yù)制棒坯體，含碳原料或含碳的氣體分子量越大越不容易充分燃燒，因此燃燒不盡的碳容易殘留在光纖預(yù)制棒坯體中。
[0003]光纖預(yù)制棒坯體中殘留的碳在高溫?zé)Y(jié)時(shí)，與S12(二氧化硅)反應(yīng)，使得玻璃體內(nèi)的硅氧鍵(S1-O)發(fā)生斷裂;反應(yīng)生成的⑶/C02容易在玻璃體內(nèi)形成氣泡。硅氧鍵(S1-O)斷裂鍵及玻璃體內(nèi)的氣泡將直接影響光纖的強(qiáng)度和光信號的衰減。
[0004]為了避免上述存在的問題，光纖預(yù)制棒制造的沉積工藝應(yīng)當(dāng)在過量氧存在下進(jìn)行。
[0005]大尺寸光纖預(yù)制棒的燒結(jié)一般采用真空燒結(jié)的方法，燒結(jié)過程中如果向燒結(jié)爐內(nèi)通入氧化性氣體(比如Cl2和O2)，燒結(jié)設(shè)備內(nèi)部將會(huì)因此而氧化腐蝕。這樣不僅降低了設(shè)備的使用壽命而且燒結(jié)過程中也會(huì)造成光纖預(yù)制棒的污染。
[0006]中國專利CN1076430A和CN1213650A均揭示在真空燒結(jié)裝置，其加熱和保溫件均使用石墨材料，無法使用O2對S12坯體進(jìn)行除碳處理；同時(shí)，Cl2以及Cl2與OH反應(yīng)生成的HCl也會(huì)加速石墨和金屬材料的腐蝕降低設(shè)備的使用壽命。
[0007]中國專利CN103771697A揭示一種化學(xué)計(jì)量的氧相比在沉積工藝過程中過量的氧會(huì)導(dǎo)致較低的沉積速率，本專利采用的一種常壓燒結(jié)的方式中使用Cl2進(jìn)行脫水不失，為一種較好的脫水方式。但是隨著光纖預(yù)制棒松散體的密度的提高，松散體外部的氣體分子難以進(jìn)入松散體內(nèi)部，脫水的效果也將下降；同時(shí)，松散體內(nèi)部的氣體分子難以排出，容易留在光纖預(yù)制棒內(nèi)部形成氣泡，影響光纖預(yù)制棒的質(zhì)量。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的在于提供一種解決除碳和脫水問題、以獲得低C和低OH光纖預(yù)制棒的光纖預(yù)制棒的制造裝置。
[0009]本實(shí)用新型提供一種光纖預(yù)制棒的制造裝置，其包括:氧化脫水燒結(jié)爐、位于該燒結(jié)爐內(nèi)的中心管、位于該燒結(jié)爐內(nèi)且位于該中心管外的至少一發(fā)熱體、位于該中心管內(nèi)的Si02；K體、用于密封該中心管的密封罩、位于該中心管內(nèi)稱為內(nèi)腔體、位于該中心管外且位于燒結(jié)爐內(nèi)稱為外腔體、連接至該外腔體的第一真空排氣管和第一氣管、連接至該燒結(jié)爐的第二真空排氣管和第二氣管，其中，所述發(fā)熱體、S12坯體、以及密封罩均位于所述燒結(jié)爐內(nèi)。
[0010]其中，還包括連接在該第一真空排氣管上的第一真空栗、以及連接在該第二真空排氣管上的第二真空栗。
[0011]其中，所述第一真空栗和第二真空栗均位于所述外腔體外。
[0012]其中，還包括連接在該第一氣管上的第一壓力傳感器、以及連接在該第二氣管上的第二壓力傳感器。
[0013]其中，所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器均位于所述外腔體外。
[0014]其中，所述發(fā)熱體設(shè)有2個(gè)，該2個(gè)發(fā)熱體位于所述中心管外周圍。
[0015]本實(shí)用新型光纖預(yù)制棒的制造裝置，通過Si02坯體的脫OH和除C的方法和氧化脫水燒結(jié)爐，解決除碳和脫水問題，以獲得低C和低OH光纖預(yù)制棒;本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、可
A+-.與巨O
【附圖說明】
[0016]圖1所示為本實(shí)用新型光纖預(yù)制棒的制造裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2所示為本實(shí)用新型光纖預(yù)制棒的制造方法的流程示意圖。
[0018]圖號說明:
[0019]1-第一真空栗、2-第一真空排氣管、3-第二壓力傳感器、4-第二氣管、5-發(fā)熱體、6-第二真空栗、7-第二真空排氣管、8-第一壓力傳感器、9-第一氣管、10-Si02坯體、11-氧化脫水燒結(jié)爐、12-中心管、13-內(nèi)腔體、14-密封罩、15-外腔體。
【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1所示為本實(shí)用新型光纖預(yù)制棒的制造裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，本光纖預(yù)制棒坯體的制造裝置包括氧化脫水燒結(jié)爐11、位于該氧化脫水燒結(jié)爐11內(nèi)的透明石英玻璃制成的中心管12、位于該中心管12兩側(cè)的發(fā)熱體5、位于該中心管12內(nèi)的Si 02坯體(二氧化硅胚體)
1、用于密封該中心管12的密封罩14、位于該中心管12內(nèi)稱為內(nèi)腔體12、位于該中心管12外且位于燒結(jié)爐11內(nèi)稱為外腔體15、連接至該外腔體15的第一真空排氣管2和第一氣管9、連接在該第一真空排氣管2上且位于外腔體15外的第一真空栗1、連接在該第一氣管9上且位于外腔體15外的第一壓力傳感器8、連接至該燒結(jié)爐11的第二真空排氣管7和第二氣管4、連接在該第二真空排氣管7上且位于外腔體15外的第二真空栗6、以及連接在該第二氣管4上且位于外腔體15外的第二壓力傳感器3。其中，發(fā)熱體5、Si02坯體(二氧化硅胚體)10、以及密封罩14均位于燒結(jié)爐11內(nèi)。
[0021]其中，中心管12可以將腐蝕氧化性氣體與氧化脫水燒結(jié)爐11內(nèi)的石墨件、金屬等易于氧化的部件隔離開;所述發(fā)熱體5設(shè)有2個(gè)，該2個(gè)發(fā)熱體位于所述中心管12外周圍，發(fā)熱體5用于對氧化脫水燒結(jié)爐11的內(nèi)腔體13進(jìn)行加熱;第一真空排氣管2用于外腔體15真空排氣，第一真空栗I用于外腔體15抽真空;第二真空排氣管7用于內(nèi)腔體13真空排氣，第二真空栗6用于內(nèi)腔體13抽真空;第一氣管9用于向外腔體15內(nèi)供氣，第一壓力傳感器8用于外腔體15壓力監(jiān)視，第二氣管4用于向內(nèi)腔體13內(nèi)供氣，第二壓力傳感器3用于內(nèi)腔體13壓力監(jiān)視。
[0022]在光纖預(yù)制棒坯體的氧化脫水過程中，使用監(jiān)視外腔體15壓力的第一壓力傳感器8和監(jiān)視內(nèi)腔體13壓力的第二壓力傳感器3，達(dá)到監(jiān)視中心管12內(nèi)外的壓差，以此來控制用于由于對外腔體15抽真空的第一真空栗I和用于內(nèi)腔體13抽真空的第二真空栗6的抽真空速度;控制用于向外腔體15通氣的第一氣管9和用于向內(nèi)腔體13通氣的第二氣管4內(nèi)氣體的流量，來控制中心管12內(nèi)的壓力始終低于該中心管12外的壓力，且中心管12外的壓力與中心管12內(nèi)的壓力差為0-350pa，優(yōu)選50-100pa，以避免Cl2和O2從燒結(jié)爐11內(nèi)溢出，從而避免Cl2、HC1以及O2等氧化腐蝕性氣體對石墨件和金屬的氧化腐蝕。
[0023]本光纖預(yù)制棒的制造方法，具有如下步驟:
[0024]在光纖預(yù)制棒坯體的氧化脫水過程中，監(jiān)視第一壓力傳感器8和第二壓力傳感器3，監(jiān)視中心管12內(nèi)外的壓力差，得到第一真空栗I和第二真空栗6的抽真空速度。
[0025]控制第一氣管9向外腔體15通氣體的流量、控制第二氣管4向內(nèi)腔體13通氣體的流量，保持中心管12內(nèi)的壓力始終低于該中心管12外的壓力。
[0026]如圖2所示，本光纖預(yù)制棒的制造方法，其包括如下步驟:
[0027]第一步:對位于中心管12內(nèi)的S12坯體10進(jìn)行真空處理:具體的是，將S12坯體10內(nèi)的氣體排空。
[0028]第二步:在真空狀態(tài)下，外腔體15內(nèi)通入He氣體、內(nèi)腔體13內(nèi)通入O2氣體、Cl2氣體、和He氣體，使S12坯體10充分吸附。
[0029]第三步:加熱加熱器5，使得S12坯體10的溫度加熱至第一預(yù)設(shè)溫度，S12坯體10內(nèi)的C與O2充分反應(yīng)。
[0030]第四步:繼續(xù)加熱加熱器5，使得S12坯體10的溫度加熱至第二預(yù)設(shè)溫度，S12坯體10內(nèi)的OH與Cl2充分反應(yīng)。
[0031 ]第五步:停止加熱器加熱，對S12坯體10進(jìn)行真空處理，通過第二氣管4使S12坯體10內(nèi)的氣體被排出。
[0032]第六步:繼續(xù)加熱加熱器5，使得S12坯體10溫度加熱至第三預(yù)設(shè)溫度，對S12坯體進(jìn)行玻璃化處理，獲得透明的低C、低OH的光纖預(yù)制棒。
[0033]其中，第一預(yù)設(shè)溫度為800°C;第二預(yù)設(shè)溫度為1200°C ;第三預(yù)設(shè)溫度為1500°C。
[0034]本光纖預(yù)制棒的制造方法與現(xiàn)有光纖預(yù)制棒的制造方法相比，由于增加的技術(shù)方案包括:上述第二步:分別向外腔體通入He氣體、內(nèi)腔體13內(nèi)通入02、C12、和He氣體;上述第三四步:使Si02坯體內(nèi)的OH和C12充分的反應(yīng)。
[0035]通過這樣的改變，采用上述光纖預(yù)制棒的制造方法制得低C、低OH的光纖預(yù)制棒。
[0036]本S12坯體10的制造方法，具有如下三個(gè)實(shí)施例:
[0037]第一實(shí)施例:以CH4和O2為反應(yīng)氣體、以及以SiCl4為原料，通過沉積方法獲得密度0.4?0.8g/cm3 的 Si02iS 體 10。
[0038]第二實(shí)施例:以出和02為反應(yīng)氣體、以及以O(shè)MCTS為原料，通過沉積方法獲得密度
0.4?0.8g/cm3 的 Si02iS 體 10。
[0039]第三實(shí)施例:以CH4和02為反應(yīng)氣體、以及以O(shè)MCTS為原料，通過沉積方法獲得密度0.4?0.8g/cm3 的 Si02 坯體 10。
[0040]通過上述三種沉積方法制得的Si02坯體10置于氧化脫水燒結(jié)爐11之中，并蓋上密封罩14，本光纖預(yù)制棒的制造方法也具有三個(gè)實(shí)施例。
[0041 ]本光纖預(yù)制棒的制造方法的第一實(shí)施例:采用Si02坯體10第一實(shí)施例的制造方法制成S12坯體10，本實(shí)用新型光纖預(yù)制棒的制造方法的第一、第三步至第六步的具體內(nèi)容如下:
[0042]上述第一步的具體步驟為:
[0043]步驟Al:Si02坯體10置于燒結(jié)爐11之中，并蓋上密封罩14。
[0044]步驟A2:同步降低內(nèi)腔體13和外腔體15的壓力，使得內(nèi)腔體13和外腔體15處于真空狀態(tài)，即:中心管12外的壓力與該中心管12內(nèi)的壓力均為5pa (5pa是一個(gè)絕對壓力，換算成真空度，5pa小于0.1MPa，即相當(dāng)于絕對壓力為O)，并保持第一預(yù)設(shè)時(shí)間。
[0045]該第一預(yù)設(shè)時(shí)間為30min。
[0046]上述第二步的具體步驟為:
[0047]步驟BI:在真空狀態(tài)下，第一氣管9向外腔體15通入He氣體，同時(shí)第二氣管4向內(nèi)腔體13通入3slm的O2氣體、2slm的Cl2氣體、以及3slm的He氣體，使S12坯體10充分吸附。
[0048]步驟B2:第一壓力傳感器8監(jiān)視中心管12外的外腔體15內(nèi)的壓力，同時(shí)第二壓力傳感器3監(jiān)視中心管12內(nèi)的內(nèi)腔體12內(nèi)的壓力，始終保持外腔體15的壓力與內(nèi)腔體13的壓力的壓力差大于第一預(yù)設(shè)壓力。
[0049]該第一預(yù)設(shè)壓力為5_250pa。
[0050]步驟B3:當(dāng)內(nèi)腔體13的壓力達(dá)到第一預(yù)設(shè)壓力值時(shí)，停止向內(nèi)腔體13和外腔體15通氣，保持第二預(yù)設(shè)時(shí)間，使S12坯體10充分吸附。該第一預(yù)設(shè)壓力值為14Pa;第二預(yù)設(shè)時(shí)間為90min。
[0051 ]上述第三步的具體內(nèi)容為:加熱加熱器5，以第一預(yù)設(shè)加熱速度將Si02坯體10的溫度加熱至第一預(yù)設(shè)溫度，并保持第三預(yù)設(shè)時(shí)間，使S12坯體10內(nèi)的C與O2充分反應(yīng)。
[0052]該第一預(yù)設(shè)加熱速度為3.5°C/min;該第一預(yù)設(shè)溫度為800°C;該第三預(yù)設(shè)時(shí)間為120mino
[0053]上述第四步的具體內(nèi)容為:繼續(xù)加熱加熱器5，以第二預(yù)設(shè)加熱速度將S12坯體10的溫度加熱至第二預(yù)設(shè)溫度，使S12坯體10內(nèi)的OH和Cl2充分的反應(yīng)。
[0054]該第二預(yù)設(shè)加熱速度為10°C/min;該第二預(yù)設(shè)溫度為1200°C。
[0055]上述第五步的具體內(nèi)容為:
[0056]步驟El:同步啟動(dòng)第一真空栗I和第二真空栗6，使中心管12外的外腔體15的壓力大于中心管12內(nèi)的內(nèi)腔體13的壓力，并始終保持外腔體15的壓力與內(nèi)腔體13的壓力的壓力差大于第二預(yù)設(shè)壓力。
[0057]該第二預(yù)設(shè)壓力為50_100pa。
[0058]步驟E2:同步降低內(nèi)腔體13和外腔體15的壓力，使得內(nèi)腔體13和外腔體15處于真空狀態(tài)，即:中心管12外的壓力與該中心管12內(nèi)的壓力均為5pa (5pa是一個(gè)絕對壓力，換算成真空度，5pa小于0.1MPa，即相當(dāng)于絕對壓力為O)，并保持第三預(yù)設(shè)時(shí)間。
[0059]第三預(yù)設(shè)時(shí)間為120min。
[0000]上述第六步的具體內(nèi)容為:
[0061 ]步驟Fl:繼續(xù)加熱加熱器5，以第三預(yù)設(shè)加熱速度將S12坯體10的溫度加熱至第三預(yù)設(shè)溫度，保持第四預(yù)設(shè)時(shí)間，使S12坯體10充分玻璃化。
[0062]該第三預(yù)設(shè)溫度為1500°C;第三預(yù)設(shè)加熱速度為5 °C/min;該第四預(yù)設(shè)時(shí)間為20mino
[0063]步驟F2:Si02坯體10以第四預(yù)設(shè)降溫速度降至第四預(yù)設(shè)溫度。
[0064]該第四預(yù)設(shè)降溫速度為5°C/min;該第四預(yù)設(shè)溫度為400°C。
[0065]步驟F3:第一氣管9向外腔體15內(nèi)通入N2，同時(shí)第二氣管4向內(nèi)腔體13內(nèi)通入N2，保持中心管12內(nèi)的壓力始終低于該中心管12外的壓力，且該中心管12外的壓力與中心管12內(nèi)的壓力的壓力差為第三預(yù)設(shè)壓力以內(nèi)。
[0066]該第三預(yù)設(shè)壓力為250pa。
[0067]步驟F4:待內(nèi)腔體13內(nèi)的壓力增加至1lkpa時(shí)，將玻璃化之后的S12坯體10去除，獲得OH含量為0.6ppm和C含量為5ppm的光纖預(yù)制棒。
[0068]現(xiàn)有技術(shù)采用本第一實(shí)施例光纖預(yù)制棒的制造方法，獲得OH含量為143ppm(高含量)和C含量為92ppm(高含量)的光纖預(yù)制棒。
[0069]本實(shí)用新型光纖預(yù)制棒的制造方法的第二實(shí)施例:采用Si02坯體10第二實(shí)施例的制造方法制成Si02坯體10，本實(shí)用新型光纖預(yù)制棒的制造方法的第二實(shí)施例與上述第一實(shí)施例的區(qū)別如下:
[0070]步驟B2:第一壓力傳感器8監(jiān)視中心管12外的外腔體15內(nèi)的壓力，同時(shí)第二壓力傳感器3監(jiān)視中心管12內(nèi)的內(nèi)腔體12內(nèi)的壓力，始終保持外腔體15的壓力與內(nèi)腔體13的壓力的壓力差大于第二預(yù)設(shè)壓力。即:外腔體15的壓力與內(nèi)腔體13的壓力的壓力差不同。
[0071]該第二預(yù)設(shè)壓力為50_100pa。
[0072 ]步驟F4:待內(nèi)腔體13內(nèi)的壓力增加至1I kpa時(shí)，將玻璃化之后的S i 02坯體1去除，獲得OH含量為Ippm和C含量為3ppm的光纖預(yù)制棒。即:光纖預(yù)制棒的OH含量和C含量不同。
[0073]現(xiàn)有技術(shù)采用本第二實(shí)施例光纖預(yù)制棒的制造方法，獲得OH含量為164ppm(高含量)和C含量為227ppm(高含量)的光纖預(yù)制棒。
[0074]本光纖預(yù)制棒的制造方法的第三實(shí)施例:采用Si02坯體10第三實(shí)施例的制造方法制成S12坯體10，本實(shí)用新型光纖預(yù)制棒的制造方法的第三實(shí)施例與上述第一實(shí)施例的區(qū)別如下:
[0075]步驟F4:待內(nèi)腔體13內(nèi)的壓力增加至第四預(yù)設(shè)壓力時(shí)，將玻璃化之后的S12坯體10去除，獲得OH含量為0.7ppm和C含量為8ppm的光纖預(yù)制棒。即:光纖預(yù)制棒的OH的含量和C的含量不同。
[0076]該第四預(yù)設(shè)壓力為lOlkpa。
[0077]現(xiàn)有技術(shù)采用本第三實(shí)施例光纖預(yù)制棒的制造方法，獲得OH含量為169ppm(高含量)和C含量為261ppm(高含量)的光纖預(yù)制棒。
[0078]本實(shí)用新型光纖預(yù)制棒的制造裝置，通過Si02坯體的脫OH和除C的方法和氧化脫水燒結(jié)爐，解決除碳和脫水問題，以獲得低C和低OH光纖預(yù)制棒;本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、可
A+-.與巨O
[0079]以上參照【附圖說明】了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員不脫離本實(shí)用新型的范圍和實(shí)質(zhì)，可以有多種變型方案實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。舉例而言，作為一個(gè)實(shí)施例的部分示出或描述的特征可用于另一實(shí)施例以得到又一實(shí)施例。以上僅為本實(shí)用新型較佳可行的實(shí)施例而已，并非因此局限本實(shí)用新型的權(quán)利范圍，凡運(yùn)用本實(shí)用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效變化，均包含于本實(shí)用新型的權(quán)利范圍之內(nèi)。
[0080]以上詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，但是本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行多種等同變換，這些等同變換均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光纖預(yù)制棒的制造裝置，其特征在于，其包括:氧化脫水燒結(jié)爐、位于該燒結(jié)爐內(nèi)的中心管、位于該燒結(jié)爐內(nèi)且位于該中心管外的至少一發(fā)熱體、位于該中心管內(nèi)的S12還體、用于密封該中心管的密封罩、位于該中心管內(nèi)稱為內(nèi)腔體、位于該中心管外且位于燒結(jié)爐內(nèi)稱為外腔體、連接至該外腔體的第一真空排氣管和第一氣管、連接至該燒結(jié)爐的第二真空排氣管和第二氣管，其中，所述發(fā)熱體、S12坯體、以及密封罩均位于所述燒結(jié)爐內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖預(yù)制棒的制造裝置，其特征在于:還包括連接在該第一真空排氣管上的第一真空栗、以及連接在該第二真空排氣管上的第二真空栗。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖預(yù)制棒的制造裝置，其特征在于:所述第一真空栗和第二真空栗均位于所述外腔體外。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖預(yù)制棒的制造裝置，其特征在于:還包括連接在該第一氣管上的第一壓力傳感器、以及連接在該第二氣管上的第二壓力傳感器。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖預(yù)制棒的制造裝置，其特征在于:所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器均位于所述外腔體外。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖預(yù)制棒的制造裝置，其特征在于:所述發(fā)熱體設(shè)有2個(gè)，該2個(gè)發(fā)熱體位于所述中心管外周圍。
【文檔編號】C03B37/018GK205616787SQ201620327642
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年4月19日
【發(fā)明人】趙奉闊, 田國才, 屠建賓, 鈕曉平, 錢亮
【申請人】江蘇亨通光導(dǎo)新材料有限公司